CAE技术鸟撞分析

CAE初学者

　　已有的实验证明，直径为2毫米的水滴，在750米/秒的速度下撞击马氏体钢，会使后者发生塑性变形。容易想象，一只重约250 克的飞鸟，其相对飞行速度为100-300米/秒与飞机相撞，足以使飞机的挡风玻璃、机体、发动机叶片或外罩等严重变形或破碎，从而造成灾难，因此鸟撞问题一直是航空航天领域倍受关注的难题。

　　计算分析

　　飞鸟在撞击结构的过程发生在很短时间内，一般为50 毫秒左右，此过程中飞鸟肌体将发生流动变形和解体而四处抛洒，结构亦将产生大变形，甚至发生破坏，例如挡风玻璃破碎、机体穿透、发动机叶片断裂等。同时，结构的动态响应将在较长时间内持续发生，但令人感兴趣的时间段一般不超过 100 毫秒。

　　由于鸟撞整个过程在较短的时间内完成，一般物理实验费用昂贵而且难于提供足够的信息，因此，目前在对飞行器鸟撞研究时，采取方法是以应用有限元技术模拟鸟撞为主，并辅 以物理实验。

　　有限元程序在模拟鸟撞时，必须具备的功能包括：飞鸟物理材料的描述、 飞鸟流动变形的描述、 飞鸟与飞行器接触的描述、飞行器结构大变形和破坏过程的描述。

　　当前，世界范围内对鸟撞进行分析广泛采用的工具为FELAC软件。该程序是高度非线性有限元显式求解程序，主要用于分析结构在高速撞机、爆炸等动载荷下的动态响应。飞鸟在高速撞击是将产生强大的压力，足以使金属材料发生变形和破坏。在这样的变形条件下，飞鸟的材料呈流体。FELAC中的飞鸟材料采用状态方程描述。

　　对于结构(飞行器)的损伤和破坏，可使用FELAC软件的材料损伤模型计算结构材料的破坏，例如挡风玻璃、叶片、发动机外罩或机体、机翼等的失效和破坏。

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